醫(yī)學不同數(shù)字成像方法--數(shù)字X射線、磁共振成像(MR

21 世紀數(shù)字成像技術(shù)的出現(xiàn)給我們帶來優(yōu)異的診斷功能、圖像存檔以及隨時隨地的檢索功能。自 20 世紀 70 年代早期醫(yī)學成像數(shù)字技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)字成像的重要性得以日益彰顯。半導體器件中混合信號設計能力方面的一些新進展，讓成像系統(tǒng)實現(xiàn)了史無前例的電子封裝密度，從而帶來醫(yī)學成像的巨大發(fā)展。同時，嵌入式處理器極大地提高了醫(yī)療圖像處理和實時圖像顯示的能力，從而實現(xiàn)了更迅速、更準確的診斷。這些技術(shù)的融合以及許多新興的電子健康記錄標準為更為完善的病人護理提供了發(fā)展動力。

本文將介紹不同成像方法電子設計存在的諸多挑戰(zhàn)和一些最新動態(tài)，具體包括數(shù)字 X 射線、磁共振成像 (MRI) 和超聲波系統(tǒng)。

數(shù)字X射線系統(tǒng)

傳統(tǒng)的 X 射線系統(tǒng)使用一種膠片/屏幕裝置來檢測發(fā)射到人身體的 X 射線。然而，探測器系統(tǒng)中的數(shù)字 X 射線信號鏈包含一個照片探測器陣列，該探測器陣列將輻射轉(zhuǎn)換成電荷。其后面是一些電荷積分器電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)電路，以數(shù)字化輸入。圖 1 顯示了一個典型數(shù)字 X 射線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的例子。

圖 1 數(shù)字 X 射線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示例

數(shù)字 X 射線系統(tǒng)性能與積分器和 ADC 模塊的噪聲性能密切相關(guān)。為了在低功耗條件下獲得更高的圖像質(zhì)量，某個系統(tǒng)中支持大量信號通道所需的電子集成程度為技術(shù)的創(chuàng)新設定了一定的標準。正是由于組成探測器系統(tǒng)的許多高性能模擬組件以及執(zhí)行高級圖像處理任務的嵌入式處理器， X 射線系統(tǒng)才擁有了許多相對于傳統(tǒng) X 射線系統(tǒng)的優(yōu)勢。這種組合支持更大的動態(tài)范圍，從而可以獲得更好的圖像對比度和更低的患者X射線輻射水平，同時產(chǎn)生可電子存儲和傳輸?shù)臄?shù)字圖像。

超聲波系統(tǒng)

超聲波系統(tǒng)的接收通道信號鏈包括低噪聲放大器 (LNA)、可變增益放大器 (VGA)、低通濾波器 (LPF) 和高速高精度 ADC。緊跟在這些組件后面的是數(shù)字波束生成、圖像和多普勒處理以及其他信號處理軟件（請參見圖 2）。

圖 2 超聲波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示例

信號鏈組件的噪聲和帶寬特性定義了系統(tǒng)的總性能上限。另外，在耗散更低系統(tǒng)功率的同時，需要在更小的區(qū)域內(nèi)集成更多的高性能通道。典型的手持式超聲波系統(tǒng)可能具有約 16 到 32 條通道，而一些高端系統(tǒng)可能會有 128 條以上的通道，以獲得更高的圖像質(zhì)量。要減少占用全部這些陣列通道的印制電路板 (PCB) ，重點是在模擬前端 IC 中集成盡可能多的通道?？傁到y(tǒng)功耗是手持式系統(tǒng)的另一個重要性能指標。直接將接收端電子器件集成到了探針中是創(chuàng)新的另一個方面。

這樣做有助于縮短探針中低壓模擬信號源與LNAs之間的距離，從而減少信號的損耗。集成會進一步增加探針件數(shù)目，從而增強 3D 成像。除了這些模擬信號鏈考慮因素以外，高性能、低功耗嵌入式處理器還能夠比以前更快速、高效地完成便攜式設備的波束生成和圖像處理任務。